交通信号控制系统 【技术领域】
本发明涉及交通控制系统，尤其涉及交通信号控制系统。
背景技术
随着城市建设的逐步推进，机动车数量的持续增加，城市交通的堵塞问题也日趋严重。尤其在交通高峰时期，各种机动车、非机动车在交叉路口相互抢道而容易引发各种交通事故，这是城市交通的一大需要解决的问题。除了需要提高驾驶员和行人的交通意识外，还需要提高对交叉路口的信号灯的控制能力。
现有的交通信号控制系统通常为数显式交通信号控制系统，该控制系统一般采用将每个信号灯的电源线与预埋在地下管道中的电缆连接后汇集到路口地面一角的控制箱内，通过控制箱内的控制器来控制远离机箱的信号灯的亮灭。一种控制方式为：控制器预先设置好红绿信号灯具体的允许通行时间或等候时间，同时还设置普通时间段固定时间周期控制和高峰时间段高峰时间周期控制的多时段定时控制，来适应不同时间段的交通路口情况。
在数显式交通信号灯控制系统地基础上，现有技术中还存在一种自适应交通信号控制系统。该控制系统除了包括控制器和信号灯外，还包括车辆感应器、流量检测器等装置。控制器从车辆感应器或流量检测器等装置中获得当前交通流量，并实时根据交通流量及时调整信号灯的持续时间，进而达到交通信号灯按交通量变化的自动控制的效果。
但是，上述两种交通信号控制系统都需要铺设繁多的电缆线。比如简单的红黄绿三个信号灯需要四根电源线，而随着城市交通建设的发展，多相位式交通信号灯已成了发展趋势，一个交叉路口的信号灯的数量有可能多达十几个，这样的路口的信号灯合起来就有40多个，这种情况下需要埋设在地下的电缆线的个数就达几十根，这就给系统施工造成很大的难度，相应地，维护的难度也是非常大的。
在申请号为00209132.1的中国实用新型专利中，公开了一种分布式交通信号灯控制装置。该装置包括总控单元和分控制单元，总控单元安装在交通路口一角的地面上，分控单元直接安装在信号灯的支架上，总控单元和分控单元通过串行编码通讯相连接，用电力线数字载波传输控制信号。这样总控单元和分控单元的连接只有两根电源线，以此来降低系统施工和维护的难度。
上述交通信号灯控制装置中的控制传输方式还包括射频无线电传输。虽然这种方式能够降低系统施工和维护的难度，但是，它存在以下问题：
第一：由于射频无线电频率频段有严格控制，无线电传输所使用的频率需要向有关部门申请，该技术一般只能使用公频使用，则在使用时极容易收到干扰，因此在实施过程中极容易造成信号灯不能获知其控制信号的情况发生，由此造成一些不必要的交通事故的发生。
第二：当相邻的几个路口的距离很近时，各个路口的射频信号容易形成干扰，由此容易造成交通事故的发生。
第三：最重要的是，此专利描述中射频无线电传输有效距离为70m，这就极大的限制了此专利描述内容的使用，因为随着城市道路的进一步拓展，信号灯等交通装置远离控制器，由此也就无法采用上述的方式控制交通信号灯。换句话说，控制器必须设置在交通信号灯有效的范围内，由此存在使用限制不易推广。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种交通信号控制系统，以解决现有技术中采用射频无线电技术建立控制器和信号灯之间的通信存在：容易形成干扰、由此造成信号灯不能获知控制器的控制信号以及使用范围受限的技术缺陷。
为解决上述问题，本发明公开了一种交通信号控制系统，包括：交通控制中心、无线网络和安装在各个路口的交通指示装置，其中：
交通控制中心至少包括交通信号控制器和无线网络接口，通过无线网络接口连接无线网络，交通信号控制器将每个交通指示装置的控制信息发送至无线网络接口；
交通指示装置，包括无线网络接口，通过无线网络接口从无线网络接收到信息，并从中获得本交通指示装置的控制信息，根据所述控制信息控制本交通指示装置的工作。
所述交通指示装置包括倒计时牌，所述倒计时牌还包括显示单元、单片机和天线，其中：
显示单元：用于显示倒计时的时间数；
单片机，连接显示单元和无线网络接口，用以从无线网络接口中获得本交通指示装置的控制信息之后，控制显示单元的显示。
所述交通指示装置包括交通信号灯，所述交通信号灯还包括红黄绿指示灯、驱动单元、处理单元和天线，其中：红黄绿指示灯、驱动单元、处理单元和无线网络接口依次连接，无线网络接口和天线接收无线网络的信息，处理单元检测所述接收信息是否为本交通信号灯相关的控制信息，若是，通过驱动单元控制红黄绿指示灯显示。
系统还包括设置在各个路口的交通数据采集装置，所述交通数据采集装置通过无线网络接口将采集到的数据发送至所述交通控制中心。
所述交通数据采集装置包括：检测线圈，或者安装在各个交通路口的监控摄像机和视频解码器。
交通控制中心的交通信号控制器包括：数据采集控制单元：控制各个路口的数据采集装置的采集周期，并接收各个数据采集装置发送的采集到的本路口的交通数据；存储单元：用以保存各个路口的交通数据、每个交通指示装置和每个数据采集装置的唯一标识码；控制单元，根据各个路口采集到的交通数据，产生本路口的每个交通指示装置包括相位信息的控制信息；编码单元：将控制单元产生的控制信息、对应的标识码按照预先设定的格式进行编码，以便通过无线网络接口进行发送。
交通控制中心还包括视频编解码器、矩阵电视墙，以便将采集到的视频信息经解码后在所述矩阵电视墙上进行显示播放，进而获得更直观的路口交通信息。
所述无线网络接口包括AP设备。
本发明还公开了一种交通信号控制系统，包括：设置在一路口的交通信号控制器和该路口的若干个交通指示装置，其中：交通信号控制器连接一无线串口发送器，将每个交通指示装置的控制信息通过无线串口发送器进行发送；每一交通指示装置连接一无线串口接收器，用以从无线串口接收器接收到的信息中获得本交通指示装置的相位信息，进而控制本交通指示装置的工作。所述交通指示装置包括倒计时牌，所述倒计时牌还包括显示单元、连接显示单元和无线网络接口的单片机，用以从无线网络接口中获得本交通指示装置的控制信息，然后控制显示单元的显示。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用无线方式接入构建交通信号控制系统，可以将若干个路口设置为一个交通信号控制系统，甚至将整个某个区、某个城市设置成一个交通信号控制系统，避免每个路口需要设置一交通控制器，进而减少了大量的交通控制器，以降低成本，并且，可以更有序、更系统地控制各个路口的交通。
该交通信号控制系统还可以实时根据每个路口的交通流量及时调整交通信号灯的红绿灯的持续时间、以及倒计时牌的显示时间，进而达到交通信号灯、倒计时牌能够按交通量变化进行自动控制。尤其是进行实时监控的情况下，可以实时设置倒计时牌的计时时间，由此解决了在自适应交通信号控制系统中倒计时牌无法使用的问题，同时实现了交通信号控制器对信号灯的无线控制方式，由此缩短了路口建设和改造时间。
【附图说明】
图1为本发明交通信号控制系统的一种结构示意图；
图2为某一路口的交通设备的设置示意图；
图3为一交通信号灯的原理示意图；
图4为倒计时牌的一结构原理图；
图5为本发明编码单元的一种实现电路图；
图6为路口A的交通设备的设置示意图；
图7为利用无线串口方式构建本发明的无线交通信号控制系统实施图；
图8为无线串口发送器的结构示意图；
图9为设置在交通指示装置中的一种实现电路图；
图10为本发明通过无线以太网接入方式构建无线交通信号控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图，具体说明本发明。
请参阅图1，其为本发明交通信号控制系统的一种结构示意图。它包括交通控制中心11、无线网络12和设置在路口的交通设备13。交通设备13包括交通指示装置(如交通信号灯、倒计时牌)和各种交通数据采集装置。在本发明中，每个路口一定设置有交通信号灯。
其中，交通控制中心11至少包括交通信号控制器111和无线网络接口112，通过无线网络接口112与无线网络12建立通信，交通信号控制器11用于控制各个路口的交通设备13的工作。
请参阅图2，其为某一路口的交通设备的设置示意图。该路口(假设该路口为路口A)包括四个交通信号灯(第一交通信号灯、第二交通信号灯、第三交通信号灯及第四交通信号灯)和四个倒计时牌，其中，第一交通信号灯的各个灯的持续时间和第三交通信号灯相同，第二交通信号灯的各个灯的持续时间和第四交通信号灯相同。并且第一交通信号灯和第二交通信号灯的信号关系应是对应的：一交通信号灯处于红灯状态时，另一交通信号灯一定处于绿灯状态或黄灯状态。并且，每个交通信号灯都设有一对应的倒计时牌，该四个交通信号灯、倒计时牌都处于同一路口，应具有相同的周期。
请参阅图3，其为一交通信号灯的原理示意图。它包括红黄绿指示灯21、驱动单元22、处理单元23、无线网络接口24和天线25，其中：红黄绿指示灯21、驱动单元22、处理单元23和无线网络接口24依次连接，无线网络接口24和天线25接收信息，处理单元23检测所述接收信息是否为本交通信号灯相关的控制信息，若是，通过驱动单元23控制红黄绿指示灯显示。
天线25可以为普通的信号外置天线，也可以采用内置天线。无线网络接口可以是无线网卡等用以接收无线数据的无线网络设备，此为现有技术，在此先不再赘述。其中处理单元23、驱动单元24可以通过采用一单片机来完成此功能。处理单元23保存本交通信号灯的唯一标识码，将接收到的信号根据预先设置的格式进行解析后获得标识码，若获得的标识码与本信号灯的标识码相同，则获得控制信息(如相位、周期等)，此控制信息为本交通信号灯的控制信息，控制驱动单元22的工作。另外，交通信号灯上还可以设置识别码开关，连接处理单元23，用于用户设定本交通信号灯的标识码。当然该标识码和存储在交通控制中心本交通信号灯的标识码是一一对应的。
请参阅图4，其为倒计时牌的一结构原理图。倒计时牌包括显示单元31、单片机32、无线网络接口33和天线34。单片机32检测无线网络接口33接收到的信息，将其按照预先设定的格式先解析后校验。所述校验是指解析后的数据中获得标识码，判断得到的标识码是否和本装置的标识码相同，若是，则通过校验，否则校验失败，丢失所述信息。从通过校验的信息中获得本交通指示装置的包括相位信息等的控制信息，以控制显示单元的显示。并且，倒计时牌上还可以设置地址开关，即设置本倒计时牌的地址开关，以改变本装置的唯一标识符。
比如，倒计时牌接收到的控制信息为本倒计时牌下一周期的相位值为d1，则单片机32获得该控制信息后，得到并存储d1值，并控制显示单元31的显示值。
交通控制中心至少包括交通信号控制器和无线网络接口，交通信号控制器可以为一服务器。交通信号控制器包括存储单元、控制单元、以及编码单元。其中：
存储单元：预先在服务器的存储单元中存储在各个路口中所有交通装置的信息，比如存储第一交通信号灯、第二交通信号灯、第三交通信号灯和第四交通信号灯、以及各个倒计时牌的唯一标识码，各个交通信号灯和倒计时牌目前所采用的相位信息以及目前路口所采用的周期等。
控制单元：连接存储单元，设置不同时间段各个交通指示装置的控制信息，比如周期和相位信息；
编码单元，连接控制单元、存储单元，用以将每个交通指示装置的相位信息、周期和本交通指示装置的唯一标识码按照预先设定的格式进行编码，以便通过无线网络接口进行发送。
存储单元可以用各种存储设备来实现。控制单元可以通过各种型号的CPU来实现。以下具体介绍本发明编码单元的实现电路。请参阅图5，其为本发明编码单元的一种实现电路图。
编码单元包括以太网的上层协议处理芯片和以太网的底层协议处理芯片。在本实施例中，上层协议处理芯片是通过W3100A来实现的。底层协议处理芯片是通过RTL8201来实现的。
W3100A处理以太网的高层协议，同时为主CPU提供协议控制，数据传输接口。RTL8201处理以太网的底层协议，比如数据链路，纠错，流量控制等等。
以太网上TPRX-和PRX+的信息经过RTL8201芯片底层协议处理后，将信息传送给W3100A作协议的进一步的处理，将通过协议处理后的数据保存在W3100A的寄存器中，供CPU通过各种IO口来读取，以此来控制外部设备。CPU把外部被控设备的状态以及其他需要传送的信号传送给W3100A，W3100A将信号按照以太网协议进行打包处理，然后在传送给RTL8201芯片，让RTL8201芯片按着协议进行进一步的处理，然后传送至TPTX-和TPTX+端口。TPTX-和TPTX+端口以及TPRX-和PRX+连接到外部用以无线接收/发送的无线网络接口，按着无线以太网802.11b规定传送信息。
还是以图2为例，说明交通控制中心如何控制该路的交通指示装置的工作。
相位和周期控制单元先设置本时间段路口A的下一周期时间及各个交通指示装置下一周期的相位信息，然后编码单元针对每个交通指示装置分别设置一消息包，每一消息包中包括该交通指示装置的相位信息、周期等控制信息和本交通指示装置的唯一标识码，并按照预先设定的协议进行编码。
各个交通指示装置(倒计时牌、交通信号灯)将接收到的信息解协，获得唯一标识码，利用唯一标识码判断是否该信息是否是本装置的控制信息，若是，获得本装置的相位等控制本装置的工作。
在本发明的实施例中，交通指示装置中的无线网络接口为AP装置。单片机的型号可以是现有的交通指示装置所采用的单片机，比如申请号为00209132.1的申请文件中公开的单片机型号，在此不在赘述。至于AP装置，可以采用市面上的AP产品，比如sunet5800等。
通过上述的交通信号控制系统，可以将若干个路口设置为一个交通信号控制系统，甚至将整个某个区、某个城市设置成一个交通信号控制系统，避免每个路口需要设置一交通控制器，进而减少了大量的交通控制器，以降低成本，并且，可以更有序、更系统地控制各个路口的交通。
该交通信号控制系统还可以实时根据每个路口的交通流量及时调整交通信号灯的红绿灯的持续时间、以及倒计时牌的显示时间，进而达到交通信号灯、倒计时牌能够按交通量变化进行自动控制。事实上，为了使驾驶者和行人能够及时获得等待红灯的时间，现有技术在各个交通路口通常也设置非常人性化的倒计时牌。但是现有技术中的倒计时牌中从信号灯中获取电源，并且通过内置单片机设置倒计时牌的计数时间或者通过采集绿灯或红灯持续时间做为倒计时牌的计数时间。当系统通过固定时间周期控制信号灯时，倒计时牌是采用预先设置的计时时间设置倒计时牌的计数时间。当系统根据具体的流量情况实时控制信号灯的红灯或绿灯的持续时间时，倒计时牌是采用采集绿灯或红灯持续时间做为倒计时牌的计数时间。在这种方式下，会出现计时牌的初始周期无法显示数据。并且，在相位改变的第一周期内，存在新的计数时间未计算的情况发生。这样，倒计时牌还沿用上一周期的计时数进行计时，从而导致倒计时牌显示的数值与信号灯所显示的信号不相符的问题。而采用本发明的交通信号控制系统，可以实时根据每个路口的交通流量及时调整倒计时牌的显示时间，进而达到倒计时牌能够按交通量变化进行自动控制的效果。
请参阅图6，其为路口A的交通设备的设置示意图。该路口A还设置了交通数据采集装置。交通数据采集装置可以是一检测线圈，用以获得该路口的交通流量信息。交通数据采集装置也可以是安装在各个交通路口的监控摄像机和视频解码器。其中：监控摄像机用于采集该路口实时交通状况的视频信号。视频编码器负责将摄像机的模拟视频信号转换成数字信号，同进进行压缩，。该交通数据采集装置可以采用10/100M网卡，通过网线连接到无线设备上。编码压缩处理后的监控信息通过无线网络发送至交通控制中心。
在交通控制中心上设置视频编解码器和矩阵电视墙，以便将接收到的视频信息解码后在所述矩阵电视墙上进行显示播放，进而更直观地获得路口交通信息。交通信号控制器可以根据获得的数据设置各个路口的交通指示装置的控制信息(比如相位信息、周期信息)，由此达到实时控制的效果。
本发明还提供了一种无线以太网接入方式构建本发明无线交通信号控制系统的一种实现方式。请参阅图10，其为本发明通过无线以太网接入方式构建无线交通信号控制系统的结构示意图。它包括包含无线网络接口的交通信号控制机51、无线网络12以及包含无线网络接口的交通信号灯53及包含无线网络接口的倒计时牌54。其中，无线网络12、无线网络接口的交通信号灯53及包含无线网络接口的倒计时牌54已在上述内容中公开，不此不再赘述。
交通控制机可以采用ACS-1型号的交通信号控制机。它包括无线网络接口、机柜、机笼、电源、CPU、控制面板、数字信号输入接口板、数字信号输出接口板、车检线圈接口板等交通数据采集装置。
其中：机柜：机柜可以分大机柜(ACS-1A1)和小机柜(ACS-1A2)，用于安装机笼、数字信号输入接口板、数字信号输出接口板、车检线圈接口板。机柜安装在路口，所有的控制信号线、检测信号线由机柜底部引入机柜，接线人员可以方便地在机柜中完成所有的接线工作。
机笼：机笼可以分大机笼(ACS-1B1)和小机笼(ACS-1B2)。大机笼用来安装CPU、电源、控制面板、车检卡；小机笼用来安装CPU、电源、控制面板。电源(ACS-1C1)：电源为系统提供所需的直流电。
CPU：CPU是整个系统的核心模块，控制着整套系统的输入输出及完成自适应算法的计算。
控制面板(ACS-1E1)：控制面板可分为普通控制面板和LCD控制面板。普通控制面板的结构非常简洁，通过对该面板的操作可完成自动控制、半自动控制、自适应控制模式的切换及其相对应的相位切换；LCD控制面板提供完善的人机交流界面，可完成自动控制、半自动控制、自适应控制模式的切换、相位的切换及各种控制参数的修改。
数字信号输入接口板(ACS-1F1)：数字信号输入接口板可以提供16路干触点型输入接口及典型RS232、RS485通讯接口。数字信号输入部分电路与系统电路在电气上完全隔离并且在设置中加入了过压保护，在RS232、RS485接口电路中加入了过压保护及防雷措施。
数字信号输出接口板(ACS-1G1)：数字信号输出接口板可以分为1A继电器型，5A继电器型两种。每种接口板提供32路干触点型输出。数字信号输出部分电路与系统电路在电气上完全隔离。
车检线圈接口板(ACS-1H1)：车检线圈接口板提供与车检卡线圈连接的接口。当然，本发明并非局限于此，也可以采用其他交通数据采集装置。
除了利用无线以太网接入方式构建本发明的无线交通信号控制系统，本发明还公开了利用无线串口方式构建本发明的无线交通信号控制系统。请参阅图7，其为利用无线串口方式构建本发明的无线交通信号控制系统实施图。它包括设置在一路口的交通信号控制器41和该路口的若干个交通指示装置42，其中：
交通信号控制器41连接一无线串口发送器43，将每个交通指示装置的控制信息通过无线串口发送器进行发送；
每一交通指示装置42连接一无线串口接收器44，用以从无线串口接收器接收到的信息中获得本交通指示装置的相位信息，进而控制本交通指示装置的工作。
交通信号控制机41由数据处理单元和数据接口单元组成，其中数据处理单元由CPU、FLASH存储器、SRAM存储器等组成。数据接口单元可以为一串行口、主要负责对外数据的发送。交通信号控制机41通过设备本身自带串口与无线串口发送器43连接后通过无线无线串口发送器发送数据；交通指示装置42(包括无线倒计时和无线交通信号灯)通过无线串口接收器44接收数据，当数据校验通过后即可完成控制。
它描述了基于无线串口方式的的无线交通信号控制系统的控制结构。本发明的无线串口控制距离可达到200米，中间有部分阻隔不影响信号控制，同时对数据校验做了很强的处理，用本发明设备进行控制时，可靠性和稳定性得到了很好的验证。
实施例控制方式如下：交通信号控制器通过无线串口向指定的交通信号控制设备发送控制数据包，控制数据包中包含控制设备的地址、控制参数等，无线接收器接收到用户通过无线串口发送过来的数据后，通过串口将数据送到无线交通控制设备，该控制设备将与硬件或由软件设置的地址进行比较，若地址相符合，则控制信息被接收。
所述交通指示装置包括倒计时牌，所述倒计时牌还包括显示单元、连接显示单元和无线网络接口的单片机，用以从无线网络接口中获得本交通指示装置的控制信息，然后控制显示单元的显示。
请参阅图8，其为无线串口发送器的结构示意图。交通信号控制器41的CPU(数据处理单元通过CPU来实现)将需要传递给被控制装置的控制信号，按照传输协议组织信号，经过特定的编码方式，编码后通过发射控制引脚来控制发射电路。图8的发射电路为OOK(ON-OFF-KEY)发射方式。S1可为315M的声表面谐振器，或者其他频率的声表面谐振器，以它产生特定频率的高频信号，经过Q1，R1，C1，C2放大，同时将信号耦合到L1天线上，依靠L1天线将信号发射到自由空间。
请参阅图9，其为设置在交通指示装置中的一种实现电路图。比如：设置在交通信号灯或倒计时牌中。该交通信号灯通过一TDH6300芯片来实现驱动单元和处理单元的功能，倒计时牌的单片机采用一TDH6300芯片。
将经过高频接收电路处理后的低频信号进行解码，将合法有效的控制信号显示在d0，d1，d2，d3引脚上。同时采用这些引脚来控制被控的交通指示装置，这样就完成了遥控接收电路对被控设备的有效控制。Learnin引脚为学习检测引脚，当S1按下的时候，可认为在一定的时间内(比如30S)，第一个接收到的信号为学习信号，可以记忆它的识别码。R3和LEARGRN指示灯作为接收到有效信号的指示电路。R1和C2形成复位电路。L/msel是数据输出选择模式。U1是特定编码方式的解码芯片。
U1可以是其他可编程的MCU，按着无线发射部分的编码方式，采用相应的解码方法。高频接收电路是跟发射方式相对应的。可以有315M，OOK的接收电路，也可以是其他频率其他调制方式的接收电路。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，任何本领域的技术人员能思之的普通变化都应落在本发明的保护范围内。